JP2021515500A - エネルギー回収を伴うｐｉｎダイオードドライバ - Google Patents

Abstract

第１のスイッチを用いてインダクタと直列に順方向バイアス供給源に結合され、第２のスイッチを用いてインダクタと直列に逆方向バイアス供給源と結合される、ＰＩＮダイオードのためのコントローラ。ＰＩＮダイオードを逆方向バイアスする際、エネルギーが、逆方向バイアス供給源を瞬間的に接続解除することによって、ＰＩＮダイオード、および場合によってはＰＩＮダイオードと結合されるリアクタンス要素（例えば、コンデンサ）等の他のコンポーネントから回収される。ＰＩＮダイオードを順方向バイアスする際、エネルギーが、順方向バイアス供給源を瞬間的に接続解除することによって、ＰＩＮダイオード、および場合によっては他のコンポーネントから回収される。

Description

（関連出願の相互参照）
本特許協力条約（ＰＣＴ）出願は、その全内容が、あらゆる目的のために、参照することによって本明細書に組み込まれる、２０１８年３月５日に出願され、「Ｐｉｎ Ｄｉｏｄｅ Ｄｒｉｖｅｒ ｗｉｔｈ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ」と題された、米国特許出願第６２／６３８，７３０号に関し、それからの優先権を主張する。

本発明の実施形態は、概して、ＰＩＮダイオードドライバ回路に関する。

ＰＩＮダイオードは、多くの異なる用途において使用される。一特定の実施例では、ＰＩＮダイオードは、負荷のインピーダンスを、その中に高出力無線周波数発生器が電力を送達し得るインピーダンスにマッチさせるためのマッチングネットワークにおいて使用され得る。具体的使用にもかかわらず、ＰＩＮダイオードの高速スイッチングは、スイッチサイクルの度に高い電力消費を伴い得、これは、複数のＰＩＮダイオードを使用するデバイスにおいて悪化する。とりわけ、本開示の側面は、これらの観察を念頭に置いて考察された。

本発明の実施形態は、概して、無線周波数（ＲＦ）スイッチング回路のためのシステムおよび方法に関し、より具体的には、高速、高繰り返し率、高出力用途のためのＰＩＮダイオードドライバ回路のためのシステムおよび方法に関する。一実施例では、ある実施形態は、ＰＩＮダイオードを駆動するための方法を伴う。第１のスイッチを使用して順方向バイアス供給源とＰＩＮダイオードとの間で、および第２のスイッチを使用して逆方向バイアス供給源とＰＩＮダイオードとの間で切替可能に接続可能なインダクタデバイスを含む、回路内で、本方法は、インダクタデバイスおよびＰＩＮダイオードから順方向バイアス供給源を接続解除するために、第１のスイッチを開にするステップと、第１のスイッチを開にした後、逆方向バイアス供給源をインダクタデバイスおよびＰＩＮダイオードに接続し、ＰＩＮダイオードの逆方向バイアスを開始するために、第２のスイッチを閉にするステップとを伴う。ＰＩＮダイオードの逆方向バイアスの間、逆方向電流の存在下で、本方法は、順方向バイアス供給源にエネルギーを回収するために、第２のスイッチを開にするステップを伴う。順方向バイアス供給源にエネルギーを回収するために、第２のスイッチを開にするステップは、インダクタデバイスが、順方向バイアス状態から逆方向バイアス状態へのＰＩＮダイオードの遷移のために十分なエネルギーを貯蔵するために十分な期間後に起こってもよい。本方法はさらに、逆方向バイアス供給源をインダクタデバイスに再接続し、ＰＩＮダイオードの逆方向バイアスを完了するために、第２のスイッチを閉にするステップを伴ってもよい。

別の実施例では、ある実施形態は、ＰＩＮダイオードを駆動するための方法を伴う。第１のスイッチを使用してＰＩＮダイオードと順方向バイアス供給源との間で切替可能に接続可能であり、第２のスイッチを使用してＰＩＮダイオードと逆方向バイアス供給源との間で切替可能に接続可能なインダクタデバイスを含む、回路内で、本方法は、ＰＩＮダイオードから逆方向バイアス供給源を接続解除するために、第２のスイッチを開にするステップを含む。第２のスイッチを開にした後、順方向バイアス供給源をインダクタデバイスおよびＰＩＮダイオードに接続するために、第１のスイッチを閉にする。本方法はさらに、ＰＩＮダイオードの順方向バイアスの間、逆方向バイアス供給源へのエネルギー回収を提供するために、第１のスイッチを開にするステップを伴う。逆方向バイアス供給源へのエネルギー回収を提供するために、第１のスイッチを開にするステップは、インダクタデバイスが、逆方向バイアス状態から順方向バイアス状態へのＰＩＮダイオードの遷移のために十分なエネルギーを貯蔵するために十分な期間後に起こってもよい。本方法はさらに、インダクタを通した電流が、ほぼゼロである、または順方向バイアス電流にあるとき、順方向バイアス供給源をインダクタデバイスおよびＰＩＮダイオードに再接続するために、第１のスイッチを閉にするステップを伴ってもよい。本方法は、コントローラによって実装されてもよい。

一実施例では、装置が、第１の半導体スイッチデバイスおよび第２の半導体スイッチデバイスと結合される、コントローラを含み、第１の半導体スイッチデバイスは、順方向バイアス供給源をＰＩＮダイオードと直列にインダクタデバイスと接続し、第２の半導体デバイスは、逆方向バイアス供給源をＰＩＮダイオードと直列にインダクタデバイスと接続する。コントローラは、ＰＩＮダイオードを逆バイアスする際、第１の半導体スイッチデバイスを開にした後、逆方向バイアス供給源をインダクタデバイスおよびＰＩＮダイオードに接続し、ＰＩＮダイオードの逆方向バイアスを開始するために、第２の半導体スイッチデバイスを閉にするための命令を含む。ＰＩＮダイオードの逆方向バイアスの間、逆方向電流の存在下で、コントローラは、順方向バイアス供給源にエネルギーを回収するために、第２の半導体スイッチデバイスを開にする。

ＰＩＮダイオードを順方向バイアスする際、コントローラは、インダクタデバイスおよびＰＩＮダイオードから逆方向バイアス供給源を接続解除するために、第２の半導体スイッチデバイスを開にし、第２の半導体スイッチデバイスを開にした後、順方向バイアス供給源をインダクタデバイスおよびＰＩＮダイオードに接続するために、第１の半導体スイッチデバイスを閉にするための命令を含む。ＰＩＮダイオードの順方向バイアスの間、コントローラは、逆方向バイアス供給源へのエネルギー回収を提供するために、第１のスイッチを開にする。

本開示のこれらおよび他の側面が、下記に説明される。

図１Ａ−１Ｂは、２つの従来のデュアル供給ＰＩＮダイオードドライバ回路を図示する。

図２Ａ−２Ｂは、ＰＩＮダイオード等価回路を図示する。

図３は、ソリッドステートマッチ用途において貯蔵電荷からエネルギーを回収するために、ハーフブリッジとＰＩＮダイオードとの間に直列に大きいインダクタを含む、ＰＩＮダイオードドライバ回路を図示する。

図４は、ソリッドステートマッチ用途において貯蔵電荷からエネルギーを回収するために動作されるスイッチを伴う、図３の回路の性能波形を図示する。 図４は、ソリッドステートマッチ用途において貯蔵電荷からエネルギーを回収するために動作されるスイッチを伴う、図３の回路の性能波形を図示する。

図５は、ソリッドステートマッチ用途において貯蔵電荷からエネルギーを回収するような方法でＰＩＮダイオードをオフにするために、図３の回路のスイッチを制御するための方法である。

図６は、ソリッドステートマッチ用途において貯蔵電荷からエネルギーを回収するような方法で動作されるスイッチを伴う、図３の回路に関するターンオン波形を図示する。 図６は、ソリッドステートマッチ用途において貯蔵電荷からエネルギーを回収するような方法で動作されるスイッチを伴う、図３の回路に関するターンオン波形を図示する。

図７は、ソリッドステートマッチ用途において貯蔵電荷からエネルギーを回収するような方法でＰＩＮダイオードをオンにするために、図３の回路のスイッチを制御するための方法である。

図８は、ソリッドステートマッチ用途において貯蔵電荷からエネルギーを回収するような方法で動作されるスイッチを伴う、図３の回路に関するターンオフ波形を図示する。 図８は、ソリッドステートマッチ用途において貯蔵電荷からエネルギーを回収するような方法で動作されるスイッチを伴う、図３の回路に関するターンオフ波形を図示する。

図９は、本開示の実施形態を実装する際に使用され得る、コンピューティングシステムの実施例を図示する、略図である。

ＰＩＮダイオードは、大量にドープされたｐ型半導体領域（Ｐ）と大量にドープされたｎ型半導体領域（Ｎ）との間に挟装されたドープされていない、または軽くドープされた固有の（Ｉ）半導体領域を伴う電気ダイオードデバイスであり、したがって、「ＰＩＮダイオード」という名称である。一般に、ＰＩＮダイオードは、低周波数の入力信号において、従来のダイオード挙動に従うが、より高い周波数の入力信号において、順方向バイアスまたはオン状態において抵抗器として動作し、逆方向バイアスまたはオフ状態において小さいコンデンサとして動作する。したがって、ＰＩＮダイオードは、多くの場合、高絶縁および低損失が所望される、減衰器、高速スイッチ、無線周波数（ＲＦ）用途、および高電圧電子用途において利用される。一特定の実装では、ＰＩＮダイオードは、プラズマ負荷の変化する負荷インピーダンスを、その中に高出力ＲＦ発生器が電力を効率的に送達し得る所望のインピーダンス（例えば、５０オーム）にマッチさせるように構成される、インピーダンスマッチネットワークにおいて使用される。そのような実装では、ＰＩＮダイオードは、インピーダンスマッチングネットワークのリアクタンス性コンポーネント、典型的には、コンデンサを接続または接続解除し、ネットワークの内外にリアクタンス要素を切り替えることによって、マッチングネットワークの性質を迅速に改変する役割を果たす。

スイッチング回路内のＰＩＮダイオードは、典型的には、制御された順方向バイアス電流および逆方向バイアス電圧を提供する、付随のＰＩＮダイオードドライバ回路またはスイッチドライバを有する。例えば、図１Ａおよび１Ｂは、２つの従来のデュアル供給ＰＩＮダイオードドライバ回路１００、１０１を図示する。各回路は、個別のＰＩＮ型ダイオード１５０、１５１を含み、これは、順に、例えば、あるタイプのＲＦ回路に接続され得る。図１Ａでは、電力供給源は、ＰＩＮダイオードのカソードに参照され、低電圧順方向バイアス電流供給源１０５は、正電圧を上側スイッチ１１５に提供し、高電圧逆方向バイアス電圧供給源１１０は、負電圧を下側スイッチ１２０に提供する。対照的に、図１Ｂでは、電力供給源は、ＰＩＮダイオードのアノードに参照され、低電圧順方向バイアス電流供給源１０６は、負電圧を下側スイッチ１２１に提供し、高電圧逆方向バイアス電圧供給源１１１は、正電圧を上側スイッチ１１６に提供する。各ＰＩＮダイオード１５０、１５１は、２つの電力供給源、すなわち、回路１００に関して１０５および１１０および回路１０１に関して１０６および１１１によって駆動される。電力供給源１０５、１１０、１０６、および１１１は、順方向バイアス電流および逆方向バイアス電圧を個別のＰＩＮダイオードに提供する。例えば、回路１００内では、低電圧順方向バイアス電流供給源１０５が、スイッチ１１５に接続される。スイッチ１１５が、閉にされる（およびスイッチ１２０が、開である）と、順方向バイアス電流供給源１０５は、順方向バイアス電流をＰＩＮダイオード１５０に提供する。回路１００はまた、スイッチ１２０と接続される高電圧逆方向バイアス電圧供給源１１０を含む。スイッチ１２０が、閉にされる（およびスイッチ１１５が、開にされる）と、逆方向バイアス電圧供給源１１０は、ＰＩＮダイオード１５０を横断して逆方向バイアス電圧を提供する。

同様に、回路１０１内では、高電圧逆方向バイアス電圧供給源１１１が、スイッチ１１６が、閉にされると、ＰＩＮダイオード１５１を横断して逆方向バイアス電圧を提供するために、スイッチ１１６に接続され、低電圧順方向バイアス電流供給源１０６が、スイッチ１２１が、閉にされると、順方向バイアス電流をＰＩＮダイオード１５１に提供する。回路１００、１０１内のＲＦ遮断デバイス１４５、１４６は、回路１００内のスイッチ１１５および１２０および回路１０１内のスイッチ１１６および１２１によって形成されるハーフブリッジとＰＩＮダイオード１５０および１５１との間に直列にインダクタを含み得るが、より一般的に、ハーフブリッジとＰＩＮダイオードとの間で低周波数において直流（ＤＣ）を通過させるが、ＲＦ回路によってＰＩＮダイオード１５０、１５１に印加されるＲＦ周波数を抑制する任意の回路であり得る。位置１４５、１４６にあり得る回路のタイプの実施例は、ＲＦチョーク、並列共振ＬＣタンクまたは複数のタンク、４分の１波長（ＲＦ周波数において）伝送ライン等を含む。スイッチ１１５、１２０、１１６、および１２１を短絡するダイオードは、半導体スイッチ（例えば、バイポーラ接合トランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ）内に存在する、またはＧａＮ ＨＥＭＴのようなデバイスのダイオード様逆挙動を表す、離散ダイオードまたは固有のボディダイオードであり得る。

実施例として回路１００を参照すると、ＰＩＮダイオード回路の動作が、ここで説明される。ＰＩＮダイオード１５０を順方向バイアスするために、スイッチ１１５は、閉にされ、スイッチ１２０は、開である。低電圧電流供給源１０５は、順方向バイアス電流をＰＩＮダイオード１５０に提供する。ＰＩＮダイオードが、順方向バイアスされると、ダイオード１５０のＰ領域材料からの正孔およびＮ領域材料からの電子が、挟装されたＩ領域材料の中に注入される。ダイオード１５０内の電荷が、瞬間的に再結合できないため、正味電荷が、Ｉ領域内に貯蔵される。順方向バイアス電流が、除去されると、Ｉ領域内の電荷は、キャリア寿命として公知の時定数で再結合する。ダイオードは、したがって、ダイオードの性質によって決定される閾値を上回るＲＦ周波数において効果的な「オン」抵抗値を伴う抵抗器として作用する。等価順方向バイアス回路２０２が、図２Ａに図示される。１０ＭＨｚにおいて動作するように設計される高出力ＰＩＮダイオードに関して、回路２０２の要素に関する典型的な値は、インダクタに関して１ｎＨであり、抵抗器に関して０．１Ωであり得る。

ＰＩＮダイオード１５０を逆方向バイアスするために、スイッチ１１５は、開にされ、スイッチ１２０は、閉にされ、高電圧逆方向バイアス電圧供給源１１０からＰＩＮダイオードに逆方向バイアス電圧を提供する。逆方向バイアス状態では、ＰＩＮダイオード１５０は、小さい容量によって短絡される大きい抵抗器の等価回路（図２Ｂの２０４）を有する。１０ＭＨｚにおいて動作するように設計される高出力ＰＩＮダイオードに関して、回路２０４の要素に関する典型的な値は、インダクタに関して１ｎＨであり、コンデンサに関して３ｐＦであり、抵抗器に関して１ＭΩであり得る。ＰＩＮダイオード１５０および回路１００の側面を変動させることによって、種々の順方向バイアス抵抗および逆方向バイアス容量が、種々の文脈における具体的用途のために達成され得る。

ＰＩＮダイオードドライバ回路１００、１０１の従来の動作および構成に関する潜在的な性能問題は、そのようなＰＩＮダイオードドライバが、高速、高繰り返し率、および／または高出力用途において使用されるときに大量の電力を消費し得ることである。例証の目的のために、ＰＩＮダイオード１５０は、３〜３０ＭＨｚに及ぶ周波数を伴う高出力用途において使用される。そのような実施例では、ＰＩＮダイオード１５０は、順方向バイアス電流供給源１０５からの１Ａを用いて順方向バイアスされ、逆方向バイアス電圧供給源１１０からの−１５００Ｖを用いて逆方向バイアスされ得る。従来のＰＩＮダイオードドライバは、順方向バイアス供給源および逆方向バイアス供給源から、回路の中にフィードされ、コンデンサ内に貯蔵されるエネルギーを回収するように構成されない。多くのＰＩＮダイオードが、多くの個別のコンデンサ（１つのコンデンサ１２６およびコンデンサ１２８が、実施例として、図１Ａおよび１Ｂに破線において示される）に接続され、それらを回路の内外に切り替えるために使用される、ソリッドステートインピーダンスマッチネットワーク（ＳＳＭ）では、相当なエネルギーが、回路のコンデンサ内に貯蔵され得る。例えば、回路の内外に２００ｐＦのコンデンサを切り替えるために使用されるＰＩＮダイオードを伴う回路を仮定する。１，５００Ｖにおいてそのようなコンデンサ内に貯蔵されるエネルギーは、約２２５μＪである。いくつかのそのようなＰＩＮダイオードドライバ容量性回路（例えば、３０個以上のもの）を含み得る典型的なＳＳＭでは、伝統的なＰＩＮドライバ回路は、全てのスイッチが、１０ｋＨｚレートにおいて変更されると、３３Ｗを超えて浪費し得る。さらに悪いことに、従来のＰＩＮダイオードスイッチドライバは、典型的な場合では、１，５００Ｖにおいて０．５Ａ×１２μｓ＝６μＣであり得る、キャリア寿命で乗算される順方向電流に等しい電荷を回収し得る。順方向バイアス（オン）状態から逆方向バイアス（オフ）状態に迅速に（例えば、キャリア寿命よりも短い期間において）切り替えるために、ダイオードから除去されなければならない電荷は、順方向電流およびキャリア寿命の積になる傾向がある。直上に参照される実施例では、６μＣの電荷は、順方向バイアス状態から逆方向バイアス状態に切り替えるために除去されるべきである。その結果、９ｍＪのエネルギーが、オン状態からオフ状態にダイオードを回復させるために必要とされ得る。３０個のそのようなスイッチが、ＳＳＭネットワーク内で１０ｋＨｚレートにおいて動作する場合、１，３５０Ｗの電力が、オン状態からオフ状態へのダイオード回復のためにのみ使用される。ＰＩＮダイオード内の貯蔵電荷の一部が再結合し、したがって、消費される電力を削減するために、高電圧逆方向バイアス電力供給源に接続する前に待機することが可能であるが、本アプローチでは、スイッチング速度とのトレードオフが存在する。

概して、従来のＰＩＮダイオードドライバ回路のこれらの性能問題に対処するために、また、ＳＳＭネットワーク内で使用されるとき、ＲＦ回路のコンデンサ内に貯蔵されるエネルギーを回収し、オン状態からオフ状態にＰＩＮダイオードを回復させるために消費される電力を最小限にする、修正されたＰＩＮダイオードドライバ順方向および逆方向バイアスシーケンス、および該当する場合、比較的に大きいインダクタを伴う回路が、本明細書に開示される。一特定の実施例（順方向から逆方向へのバイアス遷移に関して）では、修正されたシーケンスは、順方向バイアスが接続解除された後、短い期間にわたってのみ、逆方向バイアス供給源へのスイッチをオンにし、ＰＩＮダイオードのオンからオフへの遷移を完了するためにのみ、十分なエネルギーをインダクタ内に貯蔵し、電流が、順方向バイアス供給源に接続されるスイッチを短絡するダイオードを通して流動することを可能にし、次いで、最後に、インダクタ電流が、ゼロに降下すると、高電圧電力供給源へのスイッチをオンにするステップを伴う。本シーケンスは、エネルギーを浪費するのではなく、ＰＩＮダイオード（およびＳＳＭ用途においてＰＩＮダイオードに取り付けられる任意のコンデンサ）内に貯蔵されるエネルギーを回収し、これを順方向バイアス電力供給源に戻す。いくつかの実施例では、修正されたＰＩＮダイオードドライバ回路は、ハーフブリッジ回路（例えば、スイッチ１１５および１２０）とＰＩＮダイオード（例えば、１５０）との間に直列に比較的に大きいインダクタ（例えば、ＲＦ遮断のために使用される２μＨの典型的なインダクタと比較して、２００μＨ）を含んでもよい。ＲＦ遮断のためのインダクタを選定するとき、インダクタ値は、通則として、インダクタがＲＦ周波数において自己共振を下回る、またはそれにあるように選定される。インダクタの自己共振周波数がＲＦ周波数を明確に下回るようにより高い値のインダクタを選定することは、ＲＦを遮断する観点から逆効果である。本回路内の大きいインダクタ３４０の自己共振周波数は、通常、ＲＦ周波数を明確に下回り、回路のスイッチング性能を達成する役割のみを果たす。比較的に大きいかどうかにかかわらず、インダクタは、順方向バイアス供給源が、接続されているとき、順方向バイアス供給源とＰＩＮダイオードとの間で直列であり、逆方向バイアス供給源が、接続されているとき、逆方向バイアス供給源とＰＩＮダイオードとの間で直列である。

図３は、ソリッドステートマッチ用途において貯蔵電荷からエネルギーを回収するために、ハーフブリッジとＰＩＮダイオードとの間に直列に大きいインダクタ３４０を含む、ＰＩＮダイオードドライバ回路を図示する。図３の回路は、図１Ａに関する実装において等、エネルギーを回収するためにＰＩＮダイオードバイアス遷移を配列する回路性能を評価するための回路図を図示し、図示される実施例では、さらに、ＳＳＭ用途において貯蔵電荷からエネルギーを回収するために、スイッチ３１５および３２０によって形成されるハーフブリッジとＰＩＮダイオード３５０との間に直列に比較的に大きいインダクタ３４０（３００μＨ）を追加する。図３の回路は、状況に応じて、比較的に大きいインダクタの有無を問わず、図１Ａおよび１Ｂの回路および類似するそのような回路に本技法を適用する利益を同様に図示するために使用されることができる。図４は、ソリッドステートマッチ用途において貯蔵電荷からエネルギーを回収するために動作されるスイッチを伴う、図３の回路の性能波形を示す。一意のバイアス配列およびハーフブリッジ回路とＰＩＮダイオードとの間の直列の大きいインダクタの使用は、ドライバ回路が、高速、高繰り返し率、および／または高出力ＲＦ用途に関してＳＳＭ用途のコンデンサ内に貯蔵される一部のエネルギーを回収することを可能にする。

性能波形４００は、ＰＩＮダイオードに高い逆方向バイアス電圧を提供するためのＰＩＮダイオードおよびスイッチへの順方向バイアス供給源（例えば、電流供給源）の一意の配列に基づいて、ドライバ回路性能を図示する。例えば、図３を参照すると、コントローラ３０２（または図１Ａのコントローラ１０２または図１Ｂのコントローラ１０３）または他の回路が、スイッチ３１５およびスイッチ３２０を制御し、ＰＩＮダイオードをオフにし、大きいインダクタ３４０を利用し、ＰＩＮダイオード自体ならびにＳＳＭ用途にある場合にはＰＩＮダイオードに接続されるコンデンサ３６０の貯蔵電荷からエネルギーを回収してもよい。

図５は、図３の回路の順方向から逆方向へのバイアス遷移からエネルギーを回収するために、ＰＩＮダイオードドライバ回路のスイッチを制御する方法の一実施例を図示する。したがって、方法５００の動作は、ＰＩＮダイオードを順方向バイアスおよび逆方向バイアスするために、スイッチデバイス３１５および３２０のコントローラ３０２によって実施されてもよい。議論の目的のために、本方法は、順方向バイアス供給源がＰＩＮダイオードに接続されている状態から開始される。動作５０２において開始されると、コントローラは、第１のスイッチ（例えば、３１５）（種々の可能性として考えられる形態のトランジスタデバイス等の第１の半導体スイッチデバイスと称され得る）を開にし、インダクタおよびＰＩＮダイオード３５０から順方向バイアス供給源（例えば、低電圧電流供給源３０５）を接続解除する。本方法は、動作５０４において、次いで、同様に第２の半導体スイッチデバイスと称され得る、第２のスイッチ３２０を瞬間的にオンにし、高電圧逆方向バイアス供給源３１０をインダクタ３４０およびＰＩＮダイオード３５０に瞬間的に接続し、それ以前は、高電圧供給源を接続解除している。

図３および図６Ａ−６Ｄの波形を参照すると、第１のスイッチ３１５（上側スイッチ）は、開にされてもよく、これは、インダクタ３４０およびＰＩＮダイオード３５０から低電圧電流供給源３０５を接続解除する。第１のスイッチ３１５が開になることを可能にするために十分に大きい遅延（６０４）の後、第２のスイッチ３２０（下側スイッチ）は、瞬間的に閉にされ、高電圧供給源３１０をインダクタ３４０を通してＰＩＮダイオード３５０に接続する。遅延６０４は、概して、スイッチ３１５および３２０の接合部における大きい負電圧スイングの結果として、インダクタ３４０を通した電流が逆転するほど十分に長い。一実施例では、−１，５００Ｖであり得る逆方向バイアス電圧は、コンデンサ３６０およびＰＩＮダイオード３５０からインダクタを通して先行するバイアス電流流動を（遅延６０４の間にすでに逆転されていない場合）逆転させる。ある場合には、逆方向バイアス供給源を接続することは、電流が、期間６０４において逆転される場合に逆方向電流の大きさを増加させ、これは、遅延６０４の成分値および長さの選定に応じて起こり得る。インダクタ３４０等の誘導デバイスの特性に起因して、逆方向電流は、スイッチ３２０が、６０８において続けて開にされると、維持される。したがって、逆方向バイアス電圧が、接続解除されると、逆方向電流は、ダイオード３２５を通して順方向バイアス供給源３０５に流動し、エネルギーは、低電圧供給源に回収される。

より詳細には、図３を参照すると、スイッチ３２０（下側スイッチ）が、オフにされる、または開にされる（６０８）と、逆方向電流（６１０）は、スイッチ３１５（上側スイッチ）に並列なダイオード３２５（上側ダイオード）を通して流動する（動作５０８）。上記のように、ダイオード３２５（上側ダイオード）は、スイッチ３１５のデバイス（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）の固有のダイオードであってもよい、または離散ダイオードであってもよい。逆方向電流流動の時間の間、エネルギーは、低電圧電力供給源（例えば、３０５）に回収される。いくつかの事例では、スイッチ３１５は、修正されたＰＩＮダイオードドライバ回路のエネルギー回収効率を改良するために、本期間の間に閉にされてもよい。実際に、逆方向（エネルギー回収）電流６１０は、供給源３０５においてエネルギーを回収するために、ダイオードを通して、かつ第１の半導体スイッチを通した並列経路を通して流動してもよい。動作５１０時、スイッチ３２０は、インダクタ電流６１０が、流動を停止すると、オンに戻される（６１２）。ＰＩＮダイオードを動作させる際に使用するためのインダクタ電流の大きさを増加させるために、その間に３２０がオンであった期間（遅延６０４ｃの直後から６０８まで）が、十分であった場合、インダクタによって提供されるＰＩＮダイオードにわたる平均電圧（すなわち、重畳されたＲＦ電圧が平均される電圧）は、スイッチ３２０が、オンに戻されると、高電圧電力供給源の電圧に近くなるであろう。このように、ドライバ回路内のスイッチの動作は、ＰＩＮダイオード内（およびＳＳＭ用途においてＰＩＮダイオードに取り付けられるコンデンサ３６０内）の貯蔵電荷からエネルギーを同時に回収しながら、ＰＩＮダイオードを駆動することを可能にする。

図６Ｃを参照すると、順方向バイアスが６０２（図６Ｄ）において除去されたにもかかわらず、その間にＰＩＮダイオード電圧６１６が＋０．７Ｖ付近に留まる比較的に長い期間（２μｓ〜６μｓ）が存在する。本期間の間、本回路内では、０．５Ａ×１２μＣ＝６μＣである、順方向電流×キャリア寿命に等しいと見なされ得る、順方向バイアスの間に蓄積した電荷は、ＰＩＮダイオードから除去される。本電荷が、スイッチ３２０をオンに保つ（持続時間６０６にわたって６０８においてオフにしない）ことによって除去された場合、６μＣ×１，５００Ｖ＝９ｍＪのエネルギーが、消費され、代わりに、約６μＣ×６Ｖ＝３６μＪのエネルギーが、電流流動が逆転されるとき、低電圧供給源３０５が６Ｖにおいてクランプすると仮定して、本期間の間に回収される。ＰＩＮダイオードの本オンからオフへの遷移の間に回収される正味エネルギーは、高電圧供給源がインダクタ電流を増加させるために大量のエネルギーを供給するため、概して、負である。逆方向バイアス供給源３１０から得られる電力が、図６Ａに示される。逆方向バイアス供給源３１０から得られている電力は、逆方向バイアス供給源が接続されている短い期間（６０５）の間にランプアップするが、スイッチ３２０が開にされ（６０８）、逆方向バイアス供給源を接続解除すると、ゼロに低下することに留意されたい。図６Ａの波形の積分は、ＰＩＮダイオードを逆方向バイアスするプロセスにおいて供給源３０５および３１０から得られるエネルギーである。低電圧順方向バイアス供給源３０５から得られるエネルギーは、負であり、エネルギーが順方向バイアス供給源に回収されることを示すことに注目されたい。高電圧逆方向バイアス供給源から得られるエネルギーは、正であり、順方向バイアス供給源に回収されるエネルギーよりも高いが、本差異の大部分は、コンデンサ内に貯蔵され、ダイオード状態が、オフ状態からオン状態に戻るように変化するとき、本エネルギーの大部分は、逆方向バイアス供給源に回収される。

図７は、エネルギー回収を提供する様式でＰＩＮダイオードを逆方向バイアスから順方向バイアスに切り替えるための、ＰＩＮダイオードドライバ回路のスイッチの制御に関する方法７００を図示する。図８は、結果として生じる波形を示す。図３を参照すると、初期状態では、ＰＩＮダイオード３５０は、逆方向バイアスされ、スイッチ３１５は、開になり、スイッチ３２０は、閉にされ、高電圧逆方向バイアス供給源３１０は、接続され、動作７０２において開始され、コントローラは、スイッチ３２０を開にする（図８Ｄの８００参照）。スイッチ３２０がオフになることを可能にするために十分な遅延（８０２）の後、スイッチ３１５は、閉にされ（８１６）、順方向バイアス供給源３０５をインダクタ３４０を通してＰＩＮダイオードに接続する（動作７０４）。順方向バイアス供給源をインダクタに接続することは、順方向電流８１４を開始し、インダクタ内にエネルギーを貯蔵し始め、ＰＩＮダイオードの順方向バイアスを開始する。ＰＩＮダイオードのオフからオンへの遷移を完了するために十分なエネルギーをインダクタ内に貯蔵するために十分な期間後、コントローラは、スイッチ３１５を開にする（８０６）。

スイッチ３１５が、開にされると、順方向バイアス電流は、インダクタ３４０によって、減少レベルにおいてであるが、維持され（図８Ｃの８１８参照）、電流は、スイッチ３２０に並列なダイオード３３０を通して流動する（動作７０８）。ダイオード３３０は、本デバイスの固有のダイオードであってもよい、または離散ダイオードであってもよい。動作７０８の時間の間、エネルギーが、高電圧電力供給源３１０に回収される。いくつかの事例では、スイッチ３２０は、本期間の間にオンにされてもよいが、ダイオード電圧降下は、概して、高電圧供給源電圧と比較して小さいため、これは、必要ではない可能性が高い。動作７１０時、スイッチ３１５は、インダクタ３４０の電流が、ある閾値を下回って降下する、または流動を停止するとき（８１０）、または電流が、所望の順方向バイアス電流に等しいとき、閉にされる（８０８）。ＰＩＮダイオードを動作させる際に使用するためのインダクタ３４０の電流を増加させるために、その間にスイッチ３１５が閉にされた期間が、十分であった場合、ＰＩＮダイオード電圧３５５（８１２）は、スイッチ３１５がオンに戻される（８０８）と、ＰＩＮダイオードの順方向電圧に近くなるであろう。このように、ドライバ回路内のスイッチの動作は、ＰＩＮダイオード（および用途において、例えば、ＳＳＭ用途においてＰＩＮダイオードに接続される他のコンデンサ）内の貯蔵電荷からエネルギーを同時に回収しながら、ＰＩＮダイオードを駆動することを可能にする。

図８Ａは、ＰＩＮダイオード３５０のオフからオンへの状態遷移の間に逆方向バイアス供給源３１０から得られる電力（例えば、−１，５００Ｖ）を示す。本波形の積分は、逆方向バイアス供給源３１０から得られるエネルギーである。本エネルギーは、負であり、ＰＩＮダイオードが、事前にオンからオフ状態に遷移されたときに貯蔵されたエネルギーの回収を表す。図８Ａはまた、オフからオン状態へのＰＩＮダイオードの遷移の間に順方向バイアス電力供給源から得られる電力を示す。本波形の積分は、本遷移の間に電力供給源から得られるエネルギーである。本エネルギーは、正であり、オンからオフ状態への後続遷移において回収される。

図８は、ソリッドステートマッチ用途において貯蔵電荷からエネルギーを回収するために動作されるスイッチを伴う、図３の回路に関するターンオン波形を図示する。シミュレーションにおいて使用されるＰＩＮダイオードモデルは、２．９ｐＦのオフ状態容量および１２μｓのキャリア寿命を伴うダイオードをシミュレートする。０．５Ａにおいて、６μＣの電荷が、したがって、ＰＩＮダイオード内に貯蔵される。本モデルにおける０．５ＡにおけるＰＩＮダイオード電圧降下は、０．７５Ｖであり、したがって、オン状態において、ＰＩＮダイオードは、０．７５Ｖ×６μＣ＝４．５μＪを貯蔵する。（オン状態では、回路内の他のコンデンサは、有意ではない量のエネルギーを貯蔵する。）加えて、大きいインダクタは、３００μＨに設定され、ＲＦ遮断デバイス内に付加的な３０μＨを伴うと、付加的な０．５（３００＋３０）１０^−６ ０．５^２≒４１μＪが、オン状態においてインダクタ内に貯蔵される。オフ状態では、回路３００内のダイオードおよびコンデンサは、０．５（２．９＋１８０＋５６）１０^−１２１５００^２≒２６９μＪを貯蔵する。（シミュレーションにおけるコンデンサ３６０は、１８０ｐＦに設定され、ＲＦ遮断デバイス３４５は、接地への５６ｐＦコンデンサを含有する。）したがって、回路３００内に貯蔵されるエネルギーは、ＰＩＮダイオードのオン状態からオフ状態に進むとき、約（２６９−（４．５＋４１））μＪ≒２２４μＪだけ増加する。（これらの記述は、ＲＦサイクルの持続時間にわたる平均を仮定する、またはＲＦ源３６５の振幅が無視できると仮定する。）

いかなるＲＦも、回路に印加されないと、シミュレーションは、２９２μＪが、ＰＩＮダイオードをオフにするために使用され（２２４μＪの１３０％）、オンにする間、２５２μＪ（２２４μＪの１１３％）が、回収されることを示す。したがって、供給される２９２μＪの８６％が、いかなるＲＦも、印加されない場合、回収される。全てのエネルギーを回収できないことは、モデル化されるコンポーネントの非理想的な性質および回路内に挿入される意図的なダンピング抵抗器に起因する。不完全性にもかかわらず、本明細書に説明されるドライバ回路のコントローラおよび動作は、４０μＪのみを消費する。したがって、１０ｋＨｚにおいて動作する３０個のそのようなスイッチは、６Ｗのみを消費するであろう。（両方の遷移が、５ｋＨｚレートにおいて起こる。）

１，４００ＶのＲＦ振幅を伴う（回路３００内のＲＦ源３６５が、１，４００Ｖの振幅に設定される）と、スイッチタイミングに対するＲＦの位相から独立して、３８６μＪ（２２４μＪの１７２％）が、ＰＩＮダイオードをオフにするために供給され、２９３μＪ（２２４μＪの１３０％）が、ＰＩＮダイオードをオンにすると、回収される。したがって、供給される３８６μＪの７６％が、回収される。ＲＦが、印加されると、本回路は、９３μＪのみを消費する。したがって、１０ｋＨｚにおいて動作する３０個のそのようなスイッチは、１４Ｗのみを消費し、典型的なＰＩＮダイオードドライバ回路を利用する典型的なＳＳＭ用途に関する１，３５０Ｗの消費に優る大規模な改良となるであろう。

前述の段落に説明されるシミュレーション結果は、ＰＩＮダイオード電圧が、約０．７Ｖの公称上のオン電圧に留まる間、ＰＩＮダイオードから全ての電荷を抽出することが可能である、単純なＰＩＮダイオードモデルを仮定する。より徹底的にダイオード内の電荷分布をモデル化する、より洗練されたＰＩＮダイオードモデルを使用して、多くの場合では、これが、不可能であることが明白である。より洗練されたモデルは、電荷が、電荷がＩ領域の中心に留まる間、Ｉ領域の縁から完全に抽出され得ることを示す。電荷が、完全に抽出される領域は、全ての電荷が、抽出される前に、ダイオード逆方向電圧の増加につながる、空間電荷領域を設定する。本挙動は、回路の性能を低減させるが、標準的なＰＩＮダイオードドライバと比較して、ここで説明される修正されたＰＩＮダイオードドライバは、依然として、有意により良好な結果を達成する。例えば、典型的な実施例では、順方向バイアス電流をオフにした後、高電圧逆方向バイアス供給源をオンにする前に、２００ｎ秒を待機することは、７．３ｍＪを要求し得、順方向バイアス電流をオフにした後、高電圧逆方向バイアス供給源をオンにする前に、１０μｓを待機することは、４．８ｍＪを要求し得、１０μｓを待機することに加えて大きい（３００ｍＨ）インダクタを追加することは、４．４ｍＪを要求し得、ここで説明されるスイッチングシーケンスを追加することは、１．３ｍＪを要求し得る。本結果は、９３μＪが要求されると予測する、単純なＰＩＮダイオードモデルを使用して予測される以前の結果と比較されることができる。したがって、より正確なモデルは、単純なモデルよりも約１４倍も多くの電力が要求されると予測するが、依然として、従来のＰＩＮダイオードドライバと比較して３．７倍以上の電力節約を予測する。

図９は、例えば、コントローラを実装する際に使用され得る、コンピューティングデバイスまたはコンピュータシステム９００の実施例を図示する、ブロック図である。コントローラはまた、ＲＦ電力供給源または他の形態の供給源と統合される、インピーダンスマッチングネットワーク内に統合される、または別様に種々の可能性として考えられる形態において提供されてもよい。図９の実施例を参照すると、コンピューティングシステム９００は、任意の制御信号を、上記に議論されるドライバ回路のためのスイッチングデバイスのうちのいずれかに提供するための制御デバイスであってもよい。コンピュータシステム（システム）は、１つ以上のプロセッサ９０２−９０６を含む。プロセッサ９０２−９０６は、１つ以上の内部レベルのキャッシュ（図示せず）と、プロセッサバス９１２と直接相互作用するための、バスコントローラまたはバスインターフェースとを含んでもよい。ホストバスまたはフロントサイドバスとしても公知のプロセッサバス９１２が、プロセッサ９０２−９０６をシステムインターフェース９１４と結合するために使用されてもよい。システムインターフェース９１４は、システム９００の他のコンポーネントをプロセッサバス９１２とインターフェースをとらせるために、プロセッサバス９１２に接続されてもよい。例えば、システムインターフェース９１４は、主要メモリ９１６をプロセッサバス９１２とインターフェースをとらせるために、メモリコントローラ９１８を含んでもよい。主要メモリ９１６は、典型的には、１つ以上のメモリカードと、制御回路と（図示せず）を含む。システムインターフェース９１４はまた、１つ以上のＩ／ＯブリッジまたはＩ／Ｏデバイスをプロセッサバス９１２とインターフェースをとらせるために、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース９２０を含んでもよい。１つ以上のＩ／Ｏコントローラおよび／またはＩ／Ｏデバイスが、図示されるように、Ｉ／Ｏコントローラ９２８およびＩ／Ｏデバイス９３０等のＩ／Ｏバス９２６と接続されてもよい。システムインターフェース９１４はさらに、プロセッサバス９１２および／またはＩ／Ｏバス９２６と相互作用するために、バスコントローラ９２２を含んでもよい。

Ｉ／Ｏデバイス９３０はまた、情報および／またはコマンド選択をプロセッサ９０２−９０６に通信するための英数字および他のキーを含む、英数字入力デバイス等の入力デバイス（図示せず）を含んでもよい。別のタイプのユーザ入力デバイスは、方向情報およびコマンド選択をプロセッサ９０２−９０６に通信するための、およびディスプレイデバイス上でカーソル移動を制御するためのマウス、トラックボール、またはカーソル方向キー等のカーソル制御装置を含む。

システム９００は、主要メモリ９１６と称される、動的記憶デバイス、またはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、または情報およびプロセッサ９０２−９０６によって実行されるべき命令を記憶するためにプロセッサバス９１２に結合される、他のコンピュータ可読デバイスを含んでもよい。主要メモリ９１６はまた、プロセッサ９０２−９０６による命令の実行の間に一時的な変数または他の中間情報を記憶するために使用されてもよい。システム９００は、プロセッサ９０２−９０６のための静的情報および命令を記憶するためにプロセッサバス９１２に結合される、読取専用メモリ（ＲＯＭ）および／または他の静的記憶デバイスを含んでもよい。図９に記載されるシステムは、本開示の側面に従って採用または構成され得る、コンピュータシステムの１つの可能性として考えられる実施例にすぎない。

一実施形態によると、上記の技法は、プロセッサ９０４が、主要メモリ９１６内に含有される１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを実行することに応答して、コンピュータシステム９００によって実施されてもよい。これらの命令は、記憶デバイス等の別の機械可読媒体から主要メモリ９１６に読み取られてもよい。主要メモリ９１６内に含有される命令のシーケンスの実行は、プロセッサ９０２−９０６に本明細書に説明されるプロセスステップを実施させてもよい。代替実施形態では、回路が、ソフトウェア命令の代わりに、またはそれと組み合わせて使用されてもよい。したがって、本開示の実施形態は、ハードウェアおよびソフトウェアコンポーネントの両方を含んでもよい。

機械可読媒体が、機械（例えば、コンピュータ）によって可読な形態（例えば、ソフトウェア、処理アプリケーション）において情報を記憶または伝送するための任意の機構を含む。そのような媒体は、限定ではないが、不揮発性媒体および揮発性媒体の形態をとってもよい。不揮発性媒体は、光学または磁気ディスクを含む。揮発性媒体は、主要メモリ９１６等の動的メモリを含む。機械可読媒体の一般的な形態は、限定ではないが、磁気記憶媒体、光学記憶媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気記憶媒体、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、消去可能プログラマブルメモリ（例えば、ＥＰＲＯＭおよびＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、または電子命令を記憶するために好適な他のタイプの媒体を含んでもよい。

本開示の実施形態は、本明細書に説明される、種々のステップを含む。ステップは、ハードウェアコンポーネントによって実施されてもよい、または命令をプログラムされる汎用または専用プロセッサにステップを実施させるために使用され得る、機械実行可能命令において具現化されてもよい。代替として、ステップは、ハードウェア、ソフトウェア、および／またはファームウェアの組み合わせによって実施されてもよい。

上記の説明は、本開示の技法を具現化する、例示的システム、方法、技法、命令シーケンス、および／またはコンピュータプログラム製品を含む。しかしながら、説明される開示は、これらの具体的詳細を伴わずに実践され得ることを理解されたい。本開示では、開示される方法は、デバイスによって可読な命令またはソフトウェアのセットとして実装されてもよい。さらに、開示される方法におけるステップの具体的順序または階層は、例示的アプローチの事例であることを理解されたい。設計選好に基づいて、本方法におけるステップの具体的順序または階層は、開示される主題内に留まりながら再配列され得ることを理解されたい。付随の方法請求項は、サンプル順序において種々のステップの要素を提示し、必ずしも提示される具体的順序または階層に限定されることを意味していない。

本開示およびその付帯的利点の多くは、前述の説明によって理解されるはずであると考えられ、種々の変更が、開示される主題から逸脱することなく、かつその物質的利点の全てを犠牲にすることなく、コンポーネントの形態、構造、または配列において行われ得ることが明白となるはずである。説明される形態は、単に、例示的であり、そのような変更を包含し、含むことが、以下の請求項の意図である。

本開示が、種々の実施形態を参照して説明されたが、これらの実施形態は、例証的であり、本開示の範囲は、それらに限定されないことを理解されたい。多くの変形例、修正、追加、および改良が、可能性として考えられる。より一般的には、本開示による実施形態が、特定の実装の文脈において説明された。機能性が、本開示の種々の実施形態において異なるようにブロックにおいて分離される、または組み合わせられる、または異なる専門用語を用いて説明され得る。これらおよび他の変形例、修正、追加、および改良は、続く請求項に定義されるような本開示の範囲内に該当し得る。

Claims (17)

1. ＰＩＮダイオードを駆動するための方法であって、前記方法は、
   第１のスイッチを使用して順方向バイアス供給源とＰＩＮダイオードとの間で切替可能に接続可能であり、第２のスイッチを使用して逆方向バイアス供給源と前記ＰＩＮダイオードとの間で切替可能に接続可能であるインダクタデバイスを含む回路内で、
   前記インダクタデバイスおよび前記ＰＩＮダイオードから前記順方向バイアス供給源を接続解除するために、前記第１のスイッチを開にすることと、
   前記第１のスイッチを開にした後、前記逆方向バイアス供給源を前記インダクタデバイスおよび前記ＰＩＮダイオードに接続し、前記ＰＩＮダイオードの逆方向バイアスを開始するために、前記第２のスイッチを閉にすることと、
   前記ＰＩＮダイオードの逆方向バイアスの間、逆方向電流の存在下で、前記順方向バイアス供給源にエネルギーを回収するために、前記第２のスイッチを開にすることと
   を含む、方法。
2. 前記順方向バイアス供給源にエネルギーを回収するために、前記第２のスイッチを開にすることは、前記インダクタデバイスが、順方向バイアス状態から逆方向バイアス状態への前記ＰＩＮダイオードの遷移のために十分なエネルギーを貯蔵するために十分な期間後に起こる、請求項１に記載の方法。
3. 前記逆方向バイアス供給源を前記インダクタデバイスに再接続し、前記ＰＩＮダイオードの逆方向バイアスを完了するために、前記第２のスイッチを閉にすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記回収されているエネルギーは、前記ＰＩＮダイオードの貯蔵電荷からのものである、請求項１に記載の方法。
5. 前記回路はさらに、マッチネットワークの一部として前記ＰＩＮダイオードと動作可能に結合されるコンデンサを備え、前記ＰＩＮダイオードは、順方向バイアスされているとき、前記マッチネットワーク内に前記コンデンサを接続し、逆方向バイアスされているとき、前記マッチネットワークから前記コンデンサを接続解除し、前記回収されるエネルギーはさらに、前記コンデンサの貯蔵電荷である、請求項１に記載の方法。
6. 前記回路は、前記第１のスイッチと並列なダイオードを含み、前記逆方向電流は、前記ダイオードを通して前記順方向バイアス供給源に流動する、請求項１に記載の方法。
7. 前記ダイオードは、前記第１のスイッチのボディダイオードである、請求項６に記載の方法。
8. 前記順方向バイアス供給源への前記逆方向電流のための付加的経路を提供するために、前記第１のスイッチを閉にすることをさらに含む、請求項６に記載の方法。
9. ＰＩＮダイオードを駆動するための方法であって、
   第１のスイッチを使用してＰＩＮダイオードと順方向バイアス供給源との間で切替可能に接続可能であり、第２のスイッチを使用して前記ＰＩＮダイオードと逆方向バイアス供給源との間で切替可能に接続可能であるインダクタデバイスを含む回路内で、
   前記ＰＩＮダイオードから前記逆方向バイアス供給源を接続解除するために、前記第２のスイッチを開にすることと、
   前記第２のスイッチを開にした後、前記順方向バイアス供給源を前記インダクタデバイスおよび前記ＰＩＮダイオードに接続するために、前記第１のスイッチを閉にすることと、
   前記ＰＩＮダイオードの順方向バイアスの間、前記逆方向バイアス供給源へのエネルギー回収を提供するために、前記第１のスイッチを開にすることと
   を含む、方法。
10. 前記逆方向バイアス供給源へのエネルギー回収を提供するために、前記第１のスイッチを開にすることは、前記インダクタデバイスが、逆方向バイアス状態から順方向バイアス状態への前記ＰＩＮダイオードの遷移のために十分なエネルギーを貯蔵するために十分な期間後に起こる、請求項９に記載の方法。
11. 前記インダクタを通した前記電流が、ほぼゼロである、または順方向バイアス電流にあるとき、前記順方向バイアス供給源を前記インダクタデバイスおよび前記ＰＩＮダイオードに再接続するために、前記第１のスイッチを閉にすることをさらに含む、請求項９に記載の方法。
12. 装置であって、
    第１の半導体スイッチデバイスおよび第２の半導体スイッチデバイスと結合されるコントローラであって、前記第１の半導体スイッチデバイスは、順方向バイアス供給源をＰＩＮダイオードと直列にインダクタデバイスと接続し、前記第２の半導体デバイスは、逆方向バイアス供給源を前記ＰＩＮダイオードと直列に前記インダクタデバイスと接続し、前記コントローラは、
    前記ＰＩＮダイオードを逆方向バイアスする際、前記第１の半導体スイッチデバイスを開にした後、前記逆方向バイアス供給源を前記インダクタデバイスおよび前記ＰＩＮダイオードに接続し、前記ＰＩＮダイオードの逆方向バイアスを開始するために、前記第２の半導体スイッチデバイスを閉にするための命令と、
    前記ＰＩＮダイオードの逆方向バイアスの間、逆方向電流の存在下で、前記順方向バイアス供給源にエネルギーを回収するために、前記第２の半導体スイッチデバイスを開にするための命令と
    を含む、装置。
13. 前記順方向バイアス供給源にエネルギーを回収するために、前記第２の半導体スイッチデバイスを開にすることは、前記インダクタデバイスが、順方向バイアス状態から逆方向バイアス状態への前記ＰＩＮダイオードの遷移のために十分なエネルギーを貯蔵するために十分な期間後に起こる、請求項１２に記載の装置。
14. 前記逆方向バイアス供給源を前記インダクタデバイスに再接続し、前記ＰＩＮダイオードの逆方向バイアスを完了するために、前記第２の半導体スイッチデバイスを閉にすることをさらに含む、請求項１２に記載の装置。
15. 前記ＰＩＮダイオードを順方向バイアスする際、前記コントローラは、
    前記インダクタデバイスおよび前記ＰＩＮダイオードから前記逆方向バイアス供給源を接続解除するために、前記第２の半導体スイッチデバイスを開にするための命令と、
    前記第２の半導体スイッチデバイスを開にした後、前記順方向バイアス供給源を前記インダクタデバイスおよび前記ＰＩＮダイオードに接続するために、前記第１の半導体スイッチデバイスを閉にするための命令と、
    前記ＰＩＮダイオードの順方向バイアスの間、前記逆方向バイアス供給源へのエネルギー回収を提供するために、前記第１のスイッチを開にするための命令と
    を含む、請求項１２に記載の装置。
16. 前記逆方向バイアス供給源へのエネルギー回収を提供するために、前記第１のスイッチを開にすることは、前記インダクタデバイスが、逆方向バイアス状態から順方向バイアス状態への前記ＰＩＮダイオードの遷移のために十分なエネルギーを貯蔵するために十分な期間後に起こる、請求項１５に記載の装置。
17. 前記コントローラはさらに、前記ＰＩＮダイオードの順方向バイアスの間、前記インダクタを通した前記電流が、ほぼゼロである、または順方向バイアス電流にあるとき、前記順方向バイアス供給源を前記インダクタデバイスおよび前記ＰＩＮダイオードに再接続するために、前記第１の半導体スイッチデバイスを閉にするための命令を含む、請求項１５に記載の装置。

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